(57)【要約】【課題】  Ｍ１０以下の取付用ネジ部を有する細径化されたスパークプラグにおいて、適切に耐電圧を確保する。【解決手段】  取付金具１０は外周にＭ１０以下の取付用ネジ部１１が設けられている。絶縁碍子２０における取付金具１０内に位置する部分のうち、周方向の最大径を有する部位が胴部２２として形成されているとともに、絶縁碍子２０の一端部２０ａ側にて胴部２２に隣接する部位が胴部２２よりも径の小さい中段部２３として形成されている。絶縁碍子２０における胴部２２および中段部２３は、取付金具１０の内面と隙間を介して対向している。取付金具１０のうち胴部２２と隙間を介して対向する部位の内周直径をＤ１、中段部２３と隙間を介して対向する部位の内周直径をＤ２としたとき、（Ｄ１−Ｄ２）／２が１．８ｍｍ以下となっている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周にＭ１０以下の取付用ネジ部１１が設けられた取付金具（１０）と、
一端部（２０ａ）が前記取付金具（１０）の一端部（１０ａ）から突出するように前記取付金具（１０）内に固定された絶縁碍子（２０）と、
一端部（３０ａ）が前記絶縁碍子（２０）の一端部（２０ａ）から突出するように前記絶縁碍子（２０）の軸孔（２１）内に固定された中心電極（３０）と、
前記取付金具（１０）に固定されて前記中心電極（３０）の一端部（３０ａ）との間に火花放電ギャップ（５０）を介して対向する接地電極（４０）とを備えるスパークプラグにおいて、
前記絶縁碍子（２０）における前記取付金具（１０）内に位置する部分のうち、周方向の最大径を有する部位が胴部（２２）として形成されているとともに、前記絶縁碍子（２０）の一端部（２０ａ）側にて前記胴部（２２）に隣接する部位が前記胴部（２２）よりも径の小さい中段部（２３）として形成されており、
前記絶縁碍子（２０）における前記胴部（２２）および前記中段部（２３）は、前記取付金具（１０）の内面と隙間を介して対向しており、
前記取付金具（１０）のうち前記胴部（２２）と隙間を介して対向する部位の内周直径をＤ１、前記取付金具（１０）のうち前記中段部（２３）と隙間を介して対向する部位の内周直径をＤ２としたとき、
（Ｄ１−Ｄ２）／２が１．８ｍｍ以下となっていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記絶縁碍子（２０）における前記中段部（２３）の直径をＡ２としたとき、
前記中段部（２３）とこれに対向する前記取付金具（１０）の内面との隙間の大きさは、（Ｄ２−Ａ２）／２にて表され、この隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記火花放電ギャップ（５０）の大きさが０．９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記中心電極（３０）の一端部（３０ａ）には、火花放電部材としての貴金属チップ（３５）が接合されており、この中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）の断面積は０．０７ｍｍ2以上０．５５ｍｍ2以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）は、５０重量％以上のＩｒに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が２０００℃以上のものからなることを特徴とする請求項４に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）に含有される前記添加物は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ａｌ、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ、Ｙ2Ｏ3の中から選択される少なくとも１種からなるものであることを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記接地電極（４０）のうち前記中心電極（３０）の一端部（３０ａ）と対向する部位には、火花放電部材としての貴金属チップ（４５）が接合されており、
この接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の断面積は０．１２ｍｍ2以上０．８０ｍｍ2以下であり、
前記接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の前記接地電極（４０）からの突出量は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）は、５０重量％以上のＰｔに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が１５００℃以上のものからなることを特徴とする請求項７に記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）に含有される前記添加物は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなるものであることを特徴とする請求項８に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関し、特に、取付金具に形成された取付用ネジ部の径がＭ１０以下であるような小型のスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スパークプラグは、エンジン等に取り付けるための取付用ネジ部が設けられた取付金具と、一端部が取付金具の一端部から突出するように取付金具内に固定された絶縁碍子と、一端部が絶縁碍子の一端部から突出するように絶縁碍子の軸孔内に固定された中心電極と、取付金具に固定されて中心電極の一端部との間に火花放電ギャップを介して対向する接地電極とを備える。
【０００３】
近年、エンジン高出力化のためにエンジンに設けられるインテークマニホールドやエキゾーストマニホールドのバルブ径の拡大や、水廻り改善のためにエンジンに対してウォータージャケットを確保することが必要となってきている。
【０００４】
そのため、エンジンに取付けられるスパークプラグの設置スペースが小さくなるとともに、燃焼室周りのスペースを確保するため、スパークプラグの小型化（細径化）が要求されてきている。
【０００５】
たとえば、従来では、取付金具の取付用ネジ部のサイズは、ＪＩＳ（日本工業規格）によるＭ１４のものであったが、これをＭ１０以下程度まで細くして小型化したスパークプラグが必要となってくる（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平５−５５４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記したようなエンジンの高出力化が要望されるなか、この高出力化に伴って、エンジンの圧縮比も大きくなってくる。このようなことから、スパークプラグの放電電圧（要求電圧）が上昇することとなり、耐電圧を確保するためには、厳しい環境となってきている。
【０００７】
特に、上記したようなスパークプラグの細径化を図ろうとした場合、中心電極と取付金具とを絶縁している絶縁碍子の肉厚が薄くなるため、耐電圧の確保は、さらに厳しく重要な課題となってくる。
【０００８】
従来、絶縁破壊は絶縁碍子と取付金具が係合された部位で発生し、そこでの耐電圧が確保ができれ良かったが、近年の厳しいエンジンでは他の部位でも発生し、新たな対策が必要となった。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、Ｍ１０以下の取付用ネジ部を有する細径化されたスパークプラグにおいて、適切に耐電圧を確保できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、鋭意検討を行った。スパークプラグにおいて耐電圧を確保するためには、絶縁碍子の肉厚を厚くするか、絶縁碍子に対向する取付金具に発生する電界強度を抑制するか、の２つの手段がある。
【００１１】
ここで、絶縁碍子の肉厚を厚くすることは、スパークプラグの径を太くすることにつながり、スパークプラグを細径化するという目的に反する。
【００１２】
そこで、上記電界強度を抑制することにより、絶縁碍子の肉厚を厚くしなくても耐電圧を確保することを考えた。そして、絶縁碍子のどの部分で、絶縁破壊が発生しやすいか、検討を行った。
【００１３】
その結果、絶縁碍子における中段部と胴部との間の肉厚が変化する部位において、ピンホールが発生し絶縁破壊に至る現象が起こることを見出した。この部位について、図７の断面図を参照して具体的に述べておく。
【００１４】
絶縁碍子２０は取付金具１０の内部に挿入され、絶縁碍子２０と取付金具１０とは、かしめ部１２においてかしめ固定されている。また、このかしめ部１２においては、取付金具１０と絶縁碍子２０との間にシール部材６０、６１が介在されており、それによって当該間がシールされている。
【００１５】
そして、絶縁碍子２０における取付金具１０内に位置する部分のうち、周方向の最大径を有する部位が胴部２２として形成され、この胴部２２の段差を利用してかしめやシール部材６０、６１の配設がなされている。また、絶縁碍子２０のうち火花放電部側（図７中の下方側）にて胴部２２に隣接する部位が、胴部２２よりも径の小さい中段部２３として形成されている。
【００１６】
このように絶縁碍子２０には、取付金具１０とのかしめ固定の実現およびシール部材の配設等の目的で、胴部２２が形成されており、また、火花放電部側では、より径の細い中段部２３を形成することで細径化が図られている。そのため、絶縁碍子２０における胴部２２と中段部２３との間には段差が存在している。
【００１７】
また、取付金具１０の内面と絶縁碍子２０との間には、絶縁碍子２０の挿入のために微小な隙間が存在するが、取付金具１０の内面は絶縁碍子２０の外形に対応した形状を有している。そのため、上記した絶縁碍子２０における胴部２２と中段部２３との間の段差に対応して、この段差に対向する取付金具１０の部分も段差形状となっている。
【００１８】
そして、このような取付金具１０の段差部１０ｃは、電界が集中しやすい部分であり、ここに発生する強い電界によって、取付金具１０の段差部１０ｃからこれに対向する絶縁碍子２０の段差部に火花が飛び、絶縁碍子２０の段差部にピンホールＰが生じ、絶縁破壊に至ると考えられる。
【００１９】
そこで、本発明者は、この取付金具１０の段差の度合いを、ある程度まで小さくすればよいのではないかと考え、取付金具１０のうち胴部２２と対向する部位の内周直径をＤ１、中段部２３と対向する部位の内周直径Ｄ２とし、取付金具１０の段差の度合いのパラメータとして、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２を用いて、実験検討を行った。
【００２０】
その結果、この段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２が小さくなるほど、上記した取付金具１０の段差部１０ｃに発生する電界強度が小さくなることを確認することができた（図４参照）。本発明は、これらの知見に基づいて創出されたものである。
【００２１】
すなわち、請求項１に記載の発明では、外周にＭ１０以下の取付用ネジ部１１が設けられた取付金具（１０）と、一端部（２０ａ）が取付金具（１０）の一端部（１０ａ）から突出するように取付金具（１０）内に固定された絶縁碍子（２０）と、一端部（３０ａ）が絶縁碍子（２０）の一端部（２０ａ）から突出するように絶縁碍子（２０）の軸孔（２１）内に固定された中心電極（３０）と、取付金具（１０）に固定されて中心電極（３０）の一端部（３０ａ）との間に火花放電ギャップ（５０）を介して対向する接地電極（４０）とを備えるスパークプラグにおいて、次のような特徴点を有している。
【００２２】
・絶縁碍子（２０）における取付金具（１０）内に位置する部分のうち、周方向の最大径を有する部位が胴部（２２）として形成されているとともに、絶縁碍子（２０）の一端部（２０ａ）側にて胴部（２２）に隣接する部位が胴部（２２）よりも径の小さい中段部（２３）として形成されていること。
【００２３】
・絶縁碍子（２０）における胴部（２２）および中段部（２３）は、取付金具（１０）の内面と隙間を介して対向していること。
【００２４】
・取付金具（１０）のうち胴部（２２）と隙間を介して対向する部位の内周直径をＤ１、取付金具（１０）のうち中段部（２３）と隙間を介して対向する部位の内周直径をＤ２としたとき、（Ｄ１−Ｄ２）／２が１．８ｍｍ以下となっていること。本発明は、これらの点を特徴としている。
【００２５】
本発明は、実験的に見出されたものであり、上記段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２を１．８ｍｍ以下とすることにより、実用レベルにおいて十分な耐電圧を持つスパークプラグを実現することができる（図５参照）。
【００２６】
よって、本発明によれば、Ｍ１０以下の取付用ネジ部を有する細径化されたスパークプラグにおいて、適切に耐電圧を確保することができる。
【００２７】
さらに、絶縁碍子（２０）の中段部（２３）と取付金具（１０）の内面との隙間の大きさについても、取付金具（１０）の段差部（１０ｃ）に発生する電界強度との関係について、実験検討したところ、当該隙間の大きさが、或る値よりも小さくなると急激に上記電界強度が上昇することがわかった（図６参照）。
【００２８】
そこで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のスパークプラグにおいては、絶縁碍子（２０）における中段部（２３）の直径をＡ２としたとき、中段部（２３）とこれに対向する取付金具（１０）の内面との隙間の大きさは、（Ｄ２−Ａ２）／２にて表され、この隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
当該隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２が０．０５ｍｍ未満であると、上記電界強度が過度に大きくなってしまい、好ましくない。
【００３０】
また、当該隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２が０．５ｍｍを超えると、細径化を確保するという制約の中では絶縁碍子（２０）の薄肉化による耐電圧低下や取付金具（１０）の薄肉化による強度低下を引き起こすため、好ましくない。
【００３１】
つまり、絶縁碍子（２０）の中段部（２３）とこれに対向する取付金具（１０）の内面との隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２を、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることにより、取付金具（１０）の段差部（１０ｃ）に発生する電界強度が過度に大きくなるのを防止し、より確実に耐電圧を確保することができる。
【００３２】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のスパークプラグにおいて、火花放電ギャップ（５０）の大きさが０．９ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００３３】
このように、火花放電ギャップ（５０）の大きさを０．９ｍｍ以下とすることにより、飛火電圧の上昇を抑え、絶縁碍子（２０）の中段部（２３）や胴部（２２）への過度の電圧印加が抑制され、耐電圧をより確実に確保することができる。
【００３４】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載のスパークプラグにおいて、中心電極（３０）の一端部（３０ａ）には、火花放電部材としての貴金属チップ（３５）が接合されており、この中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）の断面積は０．０７ｍｍ2以上０．５５ｍｍ2以下であることを特徴としている。
【００３５】
たとえば火花放電ギャップ（５０）が上記請求項３に記載のスパークプラグのように、０．９ｍｍ以下の狭いものであるような場合に、中心電極（３０）の火花放電部に細い貴金属チップ（３５）を設ければ、着火スペースを十分に確保することができ、着火性向上のために好ましい。また、当該貴金属チップ（３５）が細すぎると、消耗しやすいので、ある程度の太さは必要である。
【００３６】
そのような観点から、本発明のように、中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）の断面積を規定することが好ましい。
【００３７】
ここにおいて、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載のスパークプラグにおいて、中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）は、５０重量％以上のＩｒに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が２０００℃以上のものからなることを特徴としている。
【００３８】
さらに、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載のスパークプラグにおいて、中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）に含有される添加物は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ａｌ、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ、Ｙ2Ｏ3の中から選択される少なくとも１種からなるものであることを特徴としている。
【００３９】
中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）およびこの貴金属チップ（３５）に含有される添加物を、このようなものにすることにより、中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）の寿命を十分に確保することができる。
【００４０】
また、請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６に記載のスパークプラグにおいて、接地電極（４０）のうち中心電極（３０）の一端部（３０ａ）と対向する部位には、火花放電部材としての貴金属チップ（４５）が接合されており、この接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の断面積は０．１２ｍｍ2以上０．８０ｍｍ2以下であり、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の接地電極（４０）からの突出量は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００４１】
ここでも、上述した中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）を設けた場合と同様の理由によって、接地電極（４０）の火花放電部にも細い貴金属チップ（４５）を設けることが好ましい。
【００４２】
そして、この場合にも、接地電極（４０）の火花放電部における着火スペースの確保、および、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の消耗性の向上との両立を考慮すると、本発明のように、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の断面積や突出量をこのような構成とすることが好ましい。
【００４３】
ここにおいて、請求項８に記載の発明では、請求項７に記載のスパークプラグにおいて、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）は、５０重量％以上のＰｔに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が１５００℃以上のものからなることを特徴としている。
【００４４】
さらに、請求項９に記載の発明では、請求項８に記載のスパークプラグにおいて、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）に含有される添加物は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなるものであることを特徴としている。
【００４５】
接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）およびこの貴金属チップ（４５）に含有される添加物を、このようなものにすることにより、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の寿命を十分に確保することができる。
【００４６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００４８】
図１は本発明の実施形態に係るスパークプラグＳ１の全体構成を示す半断面図である。また、図２は、本スパークプラグＳ１における発火部近傍の拡大構成を示す半断面図である。
【００４９】
［スパークプラグの構成］
このスパークプラグＳ１は、自動車用エンジンの点火栓等に適用されるものであり、該エンジンの燃焼室を区画形成するエンジンヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に挿入されて固定されるようになっている。
【００５０】
スパークプラグＳ１は、導電性の鉄鋼材料（例えば低炭素鋼等）等よりなる円筒形状の取付金具１０を有しており、この取付金具１０の外周面には、図示しないエンジンブロックに固定するための取付用ネジ部１１が設けられている。この取付用ネジ部１１は、ＪＩＳ（日本工業規格）でいうＭ１０以下のものである。
【００５１】
取付金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ2Ｏ3）等からなる絶縁碍子２０が収納されて固定されており、この絶縁碍子２０の一端部２０ａは、取付金具１０の一端部１０ａから突出している。
【００５２】
絶縁体２０の軸孔２１には中心電極３０が固定されており、それによって、中心電極３０は取付金具１０に対して絶縁保持されている。
【００５３】
中心電極３０は、たとえば、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料により構成され、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体からなる。
【００５４】
そして、図１に示されるように、中心電極３０は、その一端部３０ａが絶縁碍子２０の一端部２０ａから突出するように設けられている。こうして、中心電極３０は、その一端部２０ａが取付金具１０の一端部１０ａから突出した状態で取付金具１０内に絶縁保持されている。
【００５５】
一方、接地電極４０は、たとえば、Ｎｉを主成分とするＮｉ基合金からなる柱形状をなすものである。
【００５６】
本例では、接地電極４０は角柱形状をなしている。具体的には、本例の接地電極４０は、一端側が取付金具１０の先端部１０ａに溶接等により固定されており、中間部が略Ｌ字に曲げられており、他端側の側面４１が中心電極３０の一端部３０ａと火花放電ギャップ５０を介して対向している。
【００５７】
また、本例では、中心電極３０の一端部３０ａには、レーザ溶接や抵抗溶接等によって火花放電部材としての貴金属チップ３５が接合されている。
【００５８】
また、接地電極４０のうち中心電極３０の一端部３０ａと対向する部位すなわち接地電極４０の側面４１には、火花放電部材としての貴金属チップ４５がレーザ溶接や抵抗溶接等により接合されている。
【００５９】
たとえば、これら両貴金属チップ３５、４５は円柱状であり、そして、火花放電ギャップ５０は、両貴金属チップ３５、４５の先端部間の空隙である。この火花放電ギャップ５０の大きさＧは、０．９ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００６０】
また、中心電極３０の貴金属チップ３５の断面積すなわち当該貴金属チップ３５の軸直交断面積は、０．０７ｍｍ2以上０．５５ｍｍ2以下であることが好ましい。
【００６１】
また、この中心電極３０の貴金属チップ３５は、５０重量％以上のＩｒ（イリジウム）に少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が２０００℃以上のものからなることが好ましい。
【００６２】
そして、この中心電極３０の貴金属チップ３５に含有される添加物としては、Ｐｔ（白金、プラチナ）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ2Ｏ3（三酸化二アルミニウム、アルミナ）、Ｙ（イットリウム）、Ｙ2Ｏ3（三酸化二イットリウム、イットリア）の中から選択される少なくとも１種からなるものとすることが好ましい。
【００６３】
また、接地電極４０の貴金属チップ４５の断面積すなわち当該貴金属チップ４５の軸直交断面積は、０．１２ｍｍ2以上０．８０ｍｍ2以下であり、この接地電極４０の貴金属チップ４５の突出量は、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。なお、この突出量は、接地電極４０の側面４１を起点とした貴金属チップ４５の先端面までの長さである。
【００６４】
また、この接地電極４０の貴金属チップ４５は、５０重量％以上のＰｔ（白金）に少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が１５００℃以上のものからなることが好ましい。
【００６５】
そして、この接地電極４０の貴金属チップ４５に含有される添加物としては、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなるものとすることが好ましい。
【００６６】
ここで、図３は、図１中の丸で囲んだＡ部分の拡大図である。図１、図３に示されるように、絶縁碍子２０は取付金具１０の内部に挿入されており、絶縁碍子２０と取付金具１０とは、取付金具１０の他端部１０ｂに形成されたかしめ部１２においてかしめ固定されている。
【００６７】
また、このかしめ部１２においては、取付金具１０と絶縁碍子２０との間にシール部材６０、６１が介在されており、それによって当該間がシールされている。ここでは、シール部材は、２つの金属リング６０と、これら金属リング６０の間に設けられたタルク６１とから構成されている。
【００６８】
また、図１、図３に示されるように、絶縁碍子２０における取付金具１０内に位置する部分のうち、周方向の最大径を有する部位が、胴部２２として形成されている。つまり、胴部２２は、取付金具１０内に位置する絶縁碍子２０のうち最大直径を有する部位として構成されている。
【００６９】
そして、この胴部２２の段差を利用することにより、上記のかしめ固定やシール部材６０、６１の配設がなされている。
【００７０】
それとともに、絶縁碍子２０における取付金具１０内に位置する部分のうち、絶縁碍子２０の一端部２０ａ側にて胴部２２に隣接する部位が、胴部２２よりも径の小さい中段部２３として形成されている。そのため、絶縁碍子２０における胴部２２と中段部２３との間には段差が存在している。
【００７１】
このように絶縁碍子２０には、取付金具１０とのかしめ固定を行うため、およびシール部材を配設するため等の目的で、胴部２２が形成されており、また、絶縁碍子２０の一端部２０ａ側すなわち火花放電部側では、より径の細い中段部２３を形成することで細径化が図られている。
【００７２】
ここで、この絶縁碍子２０における胴部２２および中段部２３は、取付金具１０の内面と隙間を介して対向している。この隙間（クリアランス）は、絶縁碍子２０を取付金具１０に挿入するために存在するものである。
【００７３】
そして、取付金具１０の内面は絶縁碍子２０の外形に対応した形状を有しているため、絶縁碍子２０における胴部２２と中段部２３との間の段差に対応して、この段差に対向する取付金具１０の部分も段差形状となっている。
【００７４】
この取付金具１０の段差部１０ｃは、電界が集中しやすい部分であり、従来のスパークプラグでは、ここに発生する強い電界によって、取付金具１０の段差部１０ｃからこれに対向する絶縁碍子２０の段差部に火花が飛び、絶縁碍子２０の段差部にピンホールＰが生じ、絶縁破壊が起こると考えられる。
【００７５】
そこで、この取付金具１０の段差の度合いを、ある程度まで小さくするという観点から、本実施形態では、次のような寸法関係を設定している。
【００７６】
すなわち、図３に示されるように、取付金具１０のうち胴部２２と隙間を介して対向する部位の内周直径をＤ１、取付金具１０のうち中段部２３と隙間を介して対向する部位の内周直径をＤ２としたとき、上記取付金具１０の段差の度合いを示すパラメータとしての段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２を１．８ｍｍ以下としている。
【００７７】
また、本実施形態では、図３に示されるように、絶縁碍子２０における中段部２３の直径をＡ２としたとき、この中段部２３とこれに対向する取付金具１０の内面との隙間の大きさは、（Ｄ２−Ａ２）／２にて表される。そして、この隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２は、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７８】
また、本実施形態では、図３に示されるように、絶縁碍子２０における胴部２２の直径をＡ１としたとき、この胴部２２とこれに対向する取付金具１０の内面との隙間の大きさは、（Ｄ１−Ａ１）／２にて表される。
【００７９】
そして、この隙間の大きさ（Ｄ１−Ａ１）／２も、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下程度にすることができる。なお、胴部２２の直径Ａ１は、絶縁碍子２０における取付金具１０内に位置する部分のうち、周方向の最大直径である。
【００８０】
また、図１に示されるように、絶縁碍子２０の軸孔２１内においては、中心電極３０の他端部３０ｂ側は、導電性ガラスシール材７０を介して抵抗体７５が電気的に接続されている。
【００８１】
さらに、図１に示されるように、この抵抗体７５よりも絶縁碍子２０の他端部２０ｂ側における軸孔２１内では、導電性ガラスシール材７０を介して抵抗体７５と端子電極（ステム）８０の一端部８０ａとが電気的に接続されている。
【００８２】
そして、端子電極８０の他端部８０ｂは、絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出して露出している。この端子電極８０の他端部８０ｂには、図示しない点火コイルが装着されるようになっている。
【００８３】
また、図１に示されるように、絶縁碍子２０において胴部２２よりも絶縁碍子２０の他端部２０ｂ側の部位は、取付金具１０の他端部１０ｂから突出して露出する露出部となっている。そして、本実施形態では、この絶縁碍子２０の露出部の長さＬが１５ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００８４】
［寸法関係設定の根拠等］
本実施形態において、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２を１．８ｍｍ以下としたこと、および、隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２を０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことの根拠について述べる。この寸法関係は、次に述べるような、本発明者らが行った実験検討の結果を根拠とするものである。
【００８５】
なお、以下に示される検討例は、取付用ネジ部１１がＭ１０のネジ径を有するスパークプラグについてのものであるが、Ｍ１０よりも小さいネジ径であるスパークプラグにおいても、当該検討例と同様の傾向が得られている。
【００８６】
まず、比較例のスパークプラグとして、図３に示される寸法Ａ１、Ａ２、Ｄ１、Ｄ２を次のようにしたものを作製した。
【００８７】
絶縁碍子２０の胴部２２の直径Ａ１（φＡ１）を１２．８ｍｍ、中段部２３の直径Ａ２（φＡ２）を６．３ｍｍ、胴部２２に対向する取付金具１０の内周直径Ｄ１（φＤ１）を１３．１ｍｍ、中段部２３に対向する取付金具１０の内周直径Ｄ２（φＤ２）を６．６ｍｍとした。このとき、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２は、３．２５ｍｍである。
【００８８】
また、この比較例では、胴部２２とこれに対向する取付金具１０の内面との隙間の大きさ（Ｄ１−Ａ１）／２、中段部２３とこれに対向する取付金具１０の内面との隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２は共に０．１５ｍｍであった。
【００８９】
そして、この比較例のスパークプラグについて、絶縁碍子２０の耐電圧評価を実施した。目標値は、中心電極３０と接地電極４０との間に３０ｋＶの電圧を印加しても、上記図７に示されるように、ピンホールＰが発生しないこととした。
【００９０】
この３０ｋＶという値は、実用レベルにおいて十分に高い耐電圧の値であり、この３０ｋＶまで絶縁破壊に至らないスパークプラグは、実用上、十分な耐電圧を確保できていると言える。
【００９１】
この比較例のスパークプラグ：２０本について耐電圧評価を実施したところ、そのうちの２本が３０ｋＶ未満の印加電圧にて絶縁破壊を発生してしまい、目標を達成することができなかった。つまり、この比較例のスパークプラグでは、適切に耐電圧を確保することができなかった。
【００９２】
ここで、絶縁破壊が発生したスパークプラグについて絶縁碍子２０の観察を行ったところ、実際に、上記図７に示されるように、中段部２３と胴部２２との間の段差部においてピンホールＰが発生していた。
【００９３】
そして、電界解析をＦＥＭ（有限要素法）で行ったところ、この絶縁碍子２０における段差部と対向する取付金具１０側の部位、すなわち取付金具１０の段差部１０ｃに強電界部が存在することが判明した。
【００９４】
つまり、上述したように、電界が集中しやすい取付金具１０の段差部１０ｃに発生する強い電界によって、これに対向する絶縁碍子２０の段差部に火花が飛び、ピンホールＰが生じ、絶縁破壊に至ると考えられる。
【００９５】
そこで、本発明者は、この取付金具１０の段差の度合いを、ある程度まで小さくすればよいのではないかと考え、取付金具１０の段差の度合いのパラメータとして、上記段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２を用いて、実験検討を行った。
【００９６】
まず、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２を変えた場合の電界強度の変化について、ＦＥＭ解析を行った。ここでは、中段部２３に対向する取付金具１０の内周直径Ｄ２を固定し、胴部２２に対向する取付金具１０の内周直径Ｄ１を変更した。
【００９７】
ここにおいて、絶縁碍子２０の胴部２２の直径Ａ１、中段部２３の直径Ａ２、絶縁碍子２０と取付金具１０との上記各隙間の大きさ（Ｄ１−Ａ１）／２、（Ｄ２−Ａ２）／２は、上記比較例と同一とした。
【００９８】
具体的には、中段部２３に対向する取付金具１０の内周直径Ｄ２を６．６ｍｍと固定したものに対して、胴部２２に対向する取付金具１０の内周直径Ｄ１を１３．１ｍｍ、１２ｍｍ、１１ｍｍ、１０．５ｍｍ、１０ｍｍ、９．５ｍｍとし、上記段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２にて整理した。
【００９９】
図４は、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２（単位：ｍｍ）と電界強度比との関係をＦＥＭ解析により調べた結果を示す図である。ここで、電界強度比は、取付金具１０の段差部１０ｃに発生する電界強度であり、上記比較例（（Ｄ１−Ｄ２）／２＝３．２５ｍｍ）の場合を１と規格化して表したものである。
【０１００】
この図４に示される結果から、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２が小さくなると、上記した取付金具１０の段差部１０ｃに発生する電界強度が下がることが判明した。
【０１０１】
そして、この図４に示される結果をふまえて、実際に、上記した内周直径Ｄ２を固定し、内周直径Ｄ１を変更したサンプルを試作し、絶縁碍子２０の耐電圧評価を実施した。各々の（Ｄ１−Ｄ２）／２の値について、ｎ数は２０にて評価を行った。
【０１０２】
図５は、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２（単位：ｍｍ）と耐電圧（単位：ｋＶ）との関係を調べた実験結果を示す図である。
【０１０３】
図５に示される結果から、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２が１．８ｍｍ以下であれば、３０ｋＶ未満で絶縁破壊に至ることはなくなる。つまり、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２が１．８ｍｍ以下であれば、耐電圧が３０ｋＶ以上となり、実用レベルにおいて十分な耐電圧を持つスパークプラグを実現することができる。
【０１０４】
これら図４、図５に示されるような検討結果から、本実施形態では、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２を１．８ｍｍ以下としている。なお、図５に示される結果に基づけば、より好ましくは、段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２は１．７ｍｍ以下とすることが望ましい。
【０１０５】
また、ＦＥＭ解析によれば、取付金具１０の段差部１０ｃに発生する電界強度は、絶縁碍子２０の中段部２３と取付金具１０の内面との隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２によっても影響を受けることがわかった。
【０１０６】
図６は、絶縁碍子２０の中段部２３と取付金具１０の内面との隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２（単位：ｍｍ）と、電界強度比との関係をＦＥＭ解析により調べた結果を示す図である。ここで、電界強度比は、上記図４と同様に、取付金具１０の段差部１０ｃに発生する電界強度を規格化して表したものである。
【０１０７】
この図６に示される結果から、当該隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２が狭いほど電界は強まっていき、０．０５ｍｍより小さくなると急激に上昇してしまう。また、当該隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２が広がると電界は弱まっていくが、０．３ｍｍまで拡大しても電界はさほど下がらない。
【０１０８】
さらに、当該隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２を過度に広げすぎると、細径化を確保するという制約の中では、絶縁碍子２０の薄肉化による耐電圧低下、または、取付金具１０を薄肉化するによる強度低下（たとえばネジ切れ等）が発生してしまう。そのため、当該隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２は０．５ｍｍまでが望ましい。
【０１０９】
この図６に示されるような検討結果から、本実施形態では、絶縁碍子２０の中段部２３と取付金具１０の内面との隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２を、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としている。
【０１１０】
［特徴点等］
以上述べてきたように、本実施形態によれば、絶縁碍子２０における取付金具１０内に位置する部分のうち、周方向の最大径を有する胴部２２の内周直径をＤ１とし、絶縁碍子２０の一端部２０ａ側にて胴部２２に隣接するとともに胴部２２よりも径小な中段部２３の内周直径をＤ２としたとき、取付金具１０の段差の度合のパラメータである（Ｄ１−Ｄ２）／２が１．８ｍｍ以下となっていることを主たる特徴するスパークプラグＳ１が提供される。
【０１１１】
それにより、上述したように、実用レベルにおいて十分な耐電圧を持つスパークプラグを実現することができる。つまり、本実施形態によれば、Ｍ１０以下の取付用ネジ部１１を有する細径化されたスパークプラグＳ１において、適切に耐電圧を確保することができる。
【０１１２】
さらに、本実施形態によれば、絶縁碍子２０における中段部２３の直径をＡ２としたとき、中段部２３とこれに対向する取付金具１０の内面との隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とするスパークプラグが提供される。
【０１１３】
それにより、取付金具１０の段差部分に発生する電界強度が過度に大きくなるのを防止し、より確実に耐電圧を確保することができる。
【０１１４】
また、本実施形態では、上述したように、火花放電ギャップ５０の大きさＧを０．９ｍｍ以下とすることが好ましいとしている。それにより、飛火電圧の上昇を抑え、絶縁碍子２０の中段部２３や胴部２２への過度の電圧印加が抑制され、耐電圧をより確実に確保することができる。
【０１１５】
このことについて、本発明者の検討によれば、火花放電ギャップ５０の大きさＧが０．９ｍｍよりも大きくなると、飛火電圧（つまり、放電電圧）が、実用上の耐電圧の指標となる３０ｋＶを超えてしまうような運転条件が出てくる。そのため、火花放電ギャップ５０の大きさＧを０．９ｍｍ以下とすることが好ましい。
【０１１６】
また、本実施形態では、中心電極３０の一端部３０ａには火花放電部材としての貴金属チップ３５が接合されており、この中心電極３０の貴金属チップ３５の断面積は０．０７ｍｍ2以上０．５５ｍｍ2以下であることが好ましいとしている。
【０１１７】
たとえば火花放電ギャップ５０が、０．９ｍｍ以下の狭いものであるような場合に、中心電極３０の火花放電部に細い貴金属チップ３５を設ければ、着火スペースを十分に確保することができ、着火性向上のために好ましい。また、当該貴金属チップ３５が細すぎると、消耗しやすいので、ある程度の太さは必要である。
【０１１８】
そのような観点から、本実施形態の好ましい形態では、中心電極３０の貴金属チップ３５の断面積を上述のように規定している。
【０１１９】
ここで、本実施形態では、中心電極３０の貴金属チップ３５は、５０重量％以上のＩｒに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が２０００℃以上のものからなることが好ましいとしている。
【０１２０】
さらに、中心電極３０の貴金属チップ３５に含有される添加物は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ａｌ、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ、Ｙ2Ｏ3の中から選択される少なくとも１種からなるものが好ましいとしている。
【０１２１】
中心電極３０の貴金属チップ３５およびこの貴金属チップ３５に含有される添加物を、このようなものにすることにより、中心電極３０の貴金属チップ３５の寿命を十分に確保することができるためである。
【０１２２】
また、本実施形態では、接地電極４０の側面４１には、火花放電部材としての貴金属チップ４５が接合されており、この接地電極４０の貴金属チップ４５の断面積は０．１２ｍｍ2以上０．８０ｍｍ2以下であり、その接地電極４０の側面４１からの突出量は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましいとしている。
【０１２３】
ここでも、上述した中心電極３０の貴金属チップ３５を設けた場合と同様の理由から、接地電極４０の火花放電部にも細い貴金属チップ４５を設けることが好ましい。
【０１２４】
そして、この場合にも、接地電極４０の火花放電部において着火スペースを確保すること、および、接地電極４０の貴金属チップ４５の消耗性を向上させることの両立を考慮すると、接地電極４０の貴金属チップ４５の断面積や突出量をこのような構成とすることが好ましい。
【０１２５】
ここで、本実施形態では、接地電極４０の貴金属チップ４５は、５０重量％以上のＰｔに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が１５００℃以上のものからなることが好ましいとしている。
【０１２６】
さらに、接地電極４０の貴金属チップ４５に含有される添加物は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなるものが好ましいとしている。。
【０１２７】
接地電極４０の貴金属チップ４５およびこの貴金属チップ４５に含有される添加物を、このようなものにすることにより、接地電極４０の貴金属チップ４５の寿命を十分に確保することができるためである。
【０１２８】
（他の実施形態）
また、火花放電ギャップ５０を介して対向する中心電極３０および接地電極４０の部位には、上述したような貴金属チップ３５、４５が設けられていなくてもよい。つまり、中心電極３０の一端部３０ａと接地電極４０の側面４１とがそれぞれ火花放電を部分として構成されていてもよい。
【０１２９】
また、本発明は、スパークプラグにおいて、上述した寸法関係を設定したことを要部とするものであり、その他の細部については、適宜設計変更してよいことは、もちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施形態に係るスパークプラグの全体構成を示す半断面図である。
【図２】図１に示されるスパークプラグにおける発火部近傍の拡大図である。
【図３】図１中のＡ部拡大図である。
【図４】段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２と電界強度比との関係をＦＥＭ解析により調べた結果を示す図である。
【図５】段差寸法（Ｄ１−Ｄ２）／２と耐電圧との関係を調べた実験結果を示す図である。
【図６】絶縁碍子の中段部と取付金具の内面との隙間の大きさ（Ｄ２−Ａ２）／２と電界強度比との関係をＦＥＭ解析により調べた結果を示す図である。
【図７】絶縁碍子における絶縁破壊の様子を示すための半断面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１０…取付金具、１０ａ…取付金具の一端部、１０ｂ…取付金具の他端部、
２０…絶縁碍子、２０ａ…絶縁碍子の一端部、２０ｂ…絶縁碍子の他端部、
２１…絶縁碍子の軸孔、２２…絶縁碍子の胴部、２３…絶縁碍子の中段部、
３０…中心電極、３０ａ…中心電極の一端部、３５…中心電極の貴金属チップ、
４０…接地電極、４５…接地電極の貴金属チップ、５０…火花放電ギャップ、
Ｌ…絶縁碍子の露出部の長さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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